过量工业铝电解质产生及循环再利用的技术经济性探讨.docVIP

PAGE PAGE 7 过量工业铝电解质产生及循环再利用的技术经济性探讨 ——值得电解铝厂重视和采用的冰晶石替代方法 易小兵1 董春明2 （1.中铝国际贵阳铝镁设计研究院 贵州省 贵阳市 550004 2．尚轻时代金属信息咨询（北京）有限公司 北京市 100097 ） 随着世界电解铝工业的发展，节约资源、降低能耗以及减少环境污染问题已越来越受到人们的高度重视。目前，越来越多的电解铝企业向着生产规模大型化、生产管理自动化、环境保护清洁化的方向发展。因此，高效率、低能耗、长寿命、环保效果好的大型现代化预焙铝电解槽技术及装备也越来越受到人们的青睐，这同时也对铝电解工艺技术提出了更高的要求。现代铝工业生产，主要采取冰晶石-氧化铝熔盐电解法（即霍尔-埃鲁法），工业铝电解质是炼铝的核心部分，研究工业铝电解质的组成、过量产生原因以及循环再利用问题对提高铝电解工艺技术水平十分重要。 工业铝电解质的组成 1.1 添加剂对电解质初晶点的综合影响[1] 自从1886年霍尔-埃鲁法问世以来至今，工业电解质一直以冰晶石-氧化铝为基本体系，降低冰晶石熔液初晶点，同时改善它的物理化学性质并满足工艺生产要求的盐类添加剂也只有AlF3、CaF2、MgF2、LiF和NaF等几种。Bullard和Przybycien得出的Al2O3、AlF3、CaF2、MgF2、LiF含量与冰晶石熔液初晶点的综合关系式如下： T（℃）=1010.6—0.177ω2（AlF3）—0.0005ω4（AlF3）—6.646ω（Al2O3）+0.168ω2（Al2O3）—2.853ω（CaF2）—4.6ω（MgF2）—9.2ω（LiF）…………………………(1) 式中：AlF3为过量百分比。此式的适用范围为0-14% AlF3，0-12% CaF2，0-6%LiF。 1.2 工业铝电解质的组成 铝电解质的酸碱度是铝电解生产中的一项极为重要的技术参数，直接影响铝电解槽的电流效率和耗电量。现代原铝工业生产普遍采用酸性电解质，此种电解质内含有过量的AlF3。著名铝电解专家Grjotheim将现代原铝工业生产采用的电解质分为三类，见下表1-1[1]。 表1-1 现代原铝工业生产采用的电解质组成和电解温度范围 类 型 电 解 质 组 成 % 电解温度范围 ℃ AlF3 CaF2 MgF2 LiF Al2O3 传统电解质 3-7 3-7 4-5 965-975 改良电解质 2-4 4-5 3-5 2-3 3 945-955 低物质量比电解质 8-14 4-5 3 945-955 虽然LiF和MgF2对电解质初晶点的影响最大，每添加1%初晶点降低值分别达到7.8℃由于6.0℃[1]。但从上表可以看出：低物质量比电解质中不加LiF和MgF2，而且除电解槽焙烧启动加入少量的CaF2以外，一般情况下Al2O3中含有杂质Ca，通常不需要另外添加，尤其是在加入锂盐的电解质中，过高的Ca含量会使电解质的密度增大，导致电解槽内铝水波动。通常CaF2也能够保持在较稳定的范围内。因此，除氧化铝原料外，此类工业铝电解质所加入的添加物就是AlF3。 酸性电解质的酸度通常用分子比（2R）或重量比（R）来表示，重量比（R）与xsAlF3（过量氟化铝）的关系转换有如下关系： 假设I = ∑（Al2O3% + CaF2% + MgF2% + LiF% + … ）………………………………(2) xsAlF3% = (100-I) * (1-2*R/3) ………………………………………………………(3) (1 + R) R = (100 – I - xsAlF3%) ……………………………………………………………(4) (xsAlF3%+2*(100-I)/3) 2 工业铝电解质组成的发展趋势 目前世界上采用低物质量比电解质的电解铝厂越来越多，今后的发展趋势也是采用这种低物质量比电解质，即分子比较低和纯度较高的低熔点度工业铝电解质。目前此类电解质的组成典型值为:Na3AlF6（冰晶石）84-87%, AlF310-12%, CaF24-6%, Al2O32-4%。 这是因为工业生产证明，采用这种电解质可得到如下好处： （1）虽然电解槽中加入适量Li盐，有利于提高电解质的电导率，降低槽温并提高电流效率，但如果加入量及方式把握不好，反而导致电解质分子比波动较大，特别是在运用计算机精确控制Al2O3加料以及采用AlF3调整分子比的自动化控制过程最为明显。此外，由于Li盐价格较高，而且近年来对铝锭要求的纯度也日渐增高； （2）这种工业铝电解质过量AlF3含量高，虽然降低了Al2O3在熔体中溶解度，但通过近年来计算机控制系统对Al2O3加料的精确控制以及AlF3的自动添加，可使